Çeviren: Nazlıcan Bozdemir
Araştırmacılar, uzun süreli bellek oluşumunda ve aynı zamanda sinek ve fare hücrelerinin genetik materyallerinin taşınmasında proteinlerin anahtar rol oynadığını düşünüyor.
Bitki ve hayvanların genomları, milyonlarca yıl önce kendi DNA’sına entegre olmuş virüs kalıntılarıyla çevrelenmiştir. Bu viral kalıntıların çoğu inaktif durumda olmasına rağmen, son araştırmalar bazılarının hücrelerarası iletişime izin veren genlere evrildiğini ileri sürüyor.
11 Ocak’ta Cell’de yayımlanan makalelerde, böyle bir gen tarafından kodlanan proteinin virüs benzeri yapısını, hücreler arası bilgi aktarımında kullandığını ortaya koymaktadır. Bu yeni hücrelerarası iletişim biçimi, uzun süreli bellek ve diğer nörolojik fonksiyonların oluşumunun temeli olabilir.
Hücre dışı kesecikleri (hücre zarının bir parçasının kabarcık şeklinde kopup, hücreden uzaklaşan yapısı) inceleyen iki farklı araştırma grubu, birbirlerinden bağımsız olarak beklenmedik bulgularla karşılaştı. Vücutta dolaşan bu keseciklerin fonksiyonları hakkında çok az şey bilinmektedir. Salt Lake City’deki Utah Üniversitesi’nden nörobilimci Jason Shepherd ve Worcester Üniversitesi Massachusetts Tıp Fakültesi’nden hücre biyolojisi uzmanı Vivian Budnik’in öncülük ettiği ekipler sırasıyla fareleri ve sinekleri (Drosophila melanogaster) inceledi.
Koruyucu kabuklar
Araştırmacılar, nöronlar tarafından salınan hücre dışı keseciklerin çoğunun, nöronların birbirleriyle bağlantı kurmalarını sağlayan Arc adı verilen bir gen içerdiğini keşfetti. Arc geni eksik olarak tasarlanmış fareler uzun süreli bellek oluşturmada problem yaşadılar. İnsanda bu gen birçok nörolojik bozuklukla bağlantılıdır.
Shepherd ve Budnik, Arc’ın fare ve sinek versiyonlarının genetik dizilerini analiz ettiklerinde, gag denilen bir viral genin genetik dizilimine benzer olduklarını keşfettiler. HIV gibi retrovirüsler, gag proteinini, kapsid (virüsün genetik materyalini hücreye taşımasını sağlayan koruyucu kabuk) adı verilen koruyucu kabukları bir araya getirmek için kullanır.
Araştırmacılar Arc proteine yüksek çözünürlüklü mikroskopta baktığında, benzer bir kapsid oluşturduğunu ve Arc’ı kodlayan genetik talimatları veya mesajcı RNA’yı (mRNA) taşıdıklarını keşfettiler. Oluşan bu kapsid hücre zarı tarafından çevrelendi ve hücre zarı üzerinde kabarcık oluşturulup hücre dışı kesecik olarak hücreden uzaklaştırıldı. Viral olmayan başka hiçbir proteinin kapsid oluşturduğu ve hücreler arasında mRNA’yı yönlendirdiği gösterilememiştir. Norveç’teki Bergen Üniversitesi’nden sinirbilimci Clive Bramham “çığır açıcı” diyor.
Bağlantılar kurma
Budnik’in grubu sineklerde kas hücrelerine bağlanan ve onlara ne zaman kasılmaları gerektiğini söyleyen motor nöronların Arc içeren kesecik ürettiğini keşfetti. Kesecikler kas hücrelerine ulaştığında, bu hücrelerin hücre zarlarıyla kaynaşırlar ve Arc proteinini ve mRNA’yı serbest bırakırlar. Kas hücresinin protein ve mRNA ile ne yaptığı tam olarak bilinmiyor, ama Budnik, Arc geni olmayan sineklerin nöronları ve kasları arasında daha az bağlantı oluşturduğunu keşfetti.
Shepherd’ın grubu, fare beyinlerinden alınan nöronlarda benzer bir fenomen buldular. Başka nöronlardan gelen hücre dışı kesecikleri özümseyen nöronlar ateşlenmeleri için uyarıldıklarında, protein üretmek için ArcmRNA kullanmaya başladı.
Shepherd ve Budnik, hayvanın sinir sisteminin geliştiği, yeni bir ortama ya da hafızaya uyum sağladığı süre boyunca Arc taşıyan keseciklerinin, nöronların zaman içerisinde bağlantı oluşturması ve bozmasında yardımcı rol oynadığını düşünüyor.
Arc’ın sinek ve fare versiyonları birbirlerine benzer olsa da, türlerin genomlarına farklı zamanlarda giren (katılan) iki farklı retrovirüsten evrimleşmiş gibi duruyorlar. Budnik bunun fare ve sinekte ortaya çıkması için, “bu konuda gerçekten temel bir şey olmalı” düşüncesinde.
Daha fazlası
Keseciklerin vücuttaki fonksiyonları hakkında az bilgiye sahip olmamız göz önüne alındığında, hücre dışı kesecikler üzerine çalışan araştırmacılar sonuçlar adına heyecanlılar. Baltimore-Maryland’deki Johns Hopkins Üniversitesi’nden moleküler biyolog ve HIV’in hücre dışı keseciklerle nasıl etkileşime girdiğini inceleyen Kenneth Witwer “Bu yeni bir şey gibi duruyor” diyor.
Oxford Üniversitesi’nde hücre dışı kesecikleri araştıran biyolog Yvonne Couch, “Bu durum cevaptan daha çok soru doğuruyor” diyor. Neyin nöronların hücre dışı kesecik üretmesini tetiklediğini ve diğer hangi materyallerin komşu hücreler arasında taşınabileceğini merak ediyor.
Shepherd ve Budnik, Arc üzerine çalışmaya devam etmeyi planlıyorlar, ama aynı zamanda başka proteinlerin aynı şekilde işlevsellik gösterip göstermediğiyle de ilgililer. İnsan genomu, kapsidi oluşturan proteinleri kodlayabilen yaklaşık 100 gag benzeri gen taşıyor. Hücreler arasındaki bu yeni tür iletişiminin sandığımızdan daha yaygın olması muhtemel. Shepherd “Bunun sadece başlangıç olduğunu düşünüyoruz” diyor.